KR100803634B1 - 포토마스크 블랭크용 기판의 선정방법 - Google Patents

포토마스크 블랭크용 기판의 선정방법 Download PDF

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신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

포토마스크 블랭크용 기판은 적어도 마스킹 막 또는 위상 시프트 막을 포함하는 하나이상의 막의 층이 포토마스크 블랭크를 형성하기 위해 포토마스크 블랭크용 기판의 상면에 성막되고, 성막된 막은 포토마스크를 형성하도록 패터닝되고, 포토마스크는 노광 툴에 장착되는 공정에서의 사용을 위해 선정된다. 이 기판은 상기 성막 이전으로부터 상기 포토마스크가 노광 툴에 장착되었을 때까지의 상기 기판의 상면의 형상의 변화를 시뮬레이팅하고, 포토마스크가 노광 툴에 장착되었을 때 기판 상면에 편평 형상을 부여하는 상기 변화 이전에 기판 상면의 형상을 결정하고, 수용가능한 기판으로서, 성막 이전에 상기 상면 형상을 갖는 기판을 선정함으로써 선정된다. 선정된 기판은 포토마스크 제조 생산성을 증대시키는 최적화된 상면 형상을 갖는다.
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포토마스크, 블랭크, 기판, 웨이퍼, 노광

Description

포토마스크 블랭크용 기판의 선정방법{Method of Selecting Photomask Blank Substrates}
도 1은 기판 상면에 띠형상 영역, 사각 링형상 영역 및 패턴 형상 영역을 나타내는 도.
도 2는 기판을 위한 최소 자승 평면 및 최소 자승 평면으로부터의 높이를 설명하는 단면도.
도 3은 기판의 상면 형상에 대한 몇몇 예를 나타내는 도.
도 4는 본 발명의 방법에 의해 선정된 수용가능한 표면 형상의 기판을 산출하기 위해 이용되는 바와 같은 단면 연마장치의 개략단면도.
도 5a는 실시예 1에서 행해진 시뮬레이션에서 진공 척물림 이전에 포토마스크 블랭크용 기판의 상면 형상을 나타내는 개략사시도이고, 도 5b는 진공 척물림 되었을 때 상기 기판에 대해 시뮬레이팅된 상면 형상을 나타내는 개략사시도.
도 6a는 비교예 1에서 행해진 시뮬레이션에서 진공 척물림 이전에 포토마스크 블랭크용 기판의 상면 형상을 나타내는 개략사시도이고, 도 6b는 진공 척물림 되었을 때 상기 기판에 대해 시뮬레이팅된 상면 형상을 나타내는 개략사시도.
발명의 분야
본 발명은 포토마스크가 반도체 디바이스 제조등에 포토리소그래피 공정에서 사용을 위해 제작될 수 있는 포토마스크 블랭크용 기판을 선정하는 방법에 관한 것이다.
종래 기술
반도체 디바이스가 더욱 고집적화됨에 따라, 포토리소그래피 공정에서의 미세화에 대한 요구가 증대되고 있다. 이미, 이 디바이스에 대한 설계룰이 0.11㎛ 까지 미세화되었고 패턴은 10nm 이하의 정확도를 요구한다. 이러한 경향은 반도체 제조에 채용된 포토리소그래피 공정의 정확도에 관한 다수의 기술적 과제가 되도록하였다.
그러한 하나의 과제는 리소그래피에 사용된 포토마스크의 평탄도에 관한 것이다. 포토마스크의 평탄도는 패터닝 단계에서 고정밀도를 달성하기 위한 중요한 요소이다. 최소 특징 사이즈가 작게됨에 따라 레지스트에 의해 허용되는 초점깊이는 더욱 작아지고, 초점 시프트의 원인으로서 기판의 평탄도를 무시하지 못하게 한다.
리소그래피에서 초점 시프트를 감소시키기 위해, 원화로서의 역할을 하는 마스크 패턴은 노광 패턴이 웨이퍼 노광 동안 허용오차 범위내에서 소정 위치와 선폭으로 기입될 수 있도록 충분한 정밀도로 위치되어야 한다. 그러므로, 패터닝된 마스킹 막 또는 위상 시프트 막과 같은 성막된 막은 예외적 평탄도의 기판상에 이상적으로 형성되어야 한다. 그러나, 포토마스크가 웨이퍼 노광 시스템에 장착되는 경우, JP-A 2003-50458호에 개선된 방법으로 진공 척으로 노광 시스템의 마스크 스테이지상에 포토마스크를 유지시키는 것은 포토마스크의 클램핑된 부분의 표면형상에 좌우되어, 포토마스크의 전체 형상을 상당히 변형시킬 수 있다.
포토마스크는 포토마스크 블랭크를 형성하기 위해, 마스킹 막, 반투명 막 또는 위상 시프트 막과 같은 막을 투명 기판에 성막시킴으로써 제조된다. 그후 레지스트가, 리소그래피 공정처리되는 레지스트 막을 형성하기 위해 포토마스크 블랭크상에 도포된다. 에칭 마스크로서 처리된 레지스트를 사용하여, 마스크 패턴이 형성된다. 레지스트 막은 최종적으로 박리된다.
포토마스크는 일련의 긴 공정을 거친 후 획득된다. 이 공정에서 시작물질로서 사용된 투명 기판은 합성수정의 인고트로부터 슬라이스를 절단함에 의해 준비되고, 이 슬라이스의 표면을 연마한다. 지금까지, 이 표면 연마 동작은 편평면을 제공하기 위해 표면 결함 감소의 의도 또는 기판표면의 휨을 최소화하는 의도로만 행해져 왔다. 그러므로, 웨이퍼 기판상에 기입된 패턴에 더욱 작은 최소 특징 사이즈를 달성하기 위해 포토마스크 기판의 표면 형상을 수정하는 법에 관해 지금껏 알려진 것이 없다. 양호한 수율로 소망하는 표면 형상을 갖는 기판이 제조될 수 있도록 하기 위해 그러한 표면 형상을 형성하는 데에 사용될 수 있는 방법의 종류에 관해 또는 기판으로부터 생기는 포토마스크 결함 또는 기판 자체에 관한 결함의 형성을 억제시키는 방법에 관해 알려진 것이 아무 것도 없다.
발명의 요약
따라서 본 발명의 한 목적은 웨이퍼 기판상에 고정확도로 감소된 최소 특징 사이즈를 갖는 패턴을 노광시키는 데에 사용될 수 있는 포토마스크를 제공할 수 있는 포토마스크 블랭크용 기판의 선정방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 적어도 마스킹 막 또는 위상 시프트 막을 포함하는 하나이상의 막의 층이 포토마스크 블랭크를 형성하도록 포토마스크 블랭크 기판의 상면에 성막되고, 성막된 층은 포토마스크를 형성하도록 패터닝되고, 포토마스크는 노광 툴에 장착되는 공정에서, 상기 성막 이전으로부터 상기 포토마스크가 노광 툴에 장착되었을 때까지의 상기 기판의 상면의 형상의 변화를 시뮬레이팅하고; 포토마스크가 노광 툴에 장착되었을 때 기판 상면에 편평 형상을 부여하는 변화 이전에 기판 상면의 형상을 결정하고; 수용가능한 기판으로서, 상기 상면 형상을 갖는 기판을 선택하는 것에 의해; 기판상에 남겨진 막 패턴과 포토마스크 사용시의 장착에 의한 기판 표면 형상에 대한 영향을 고려하는 기판 표면 형상을 최적화하고, 그리고 기판 제조 동안 포토마스크가 결함 패터닝된 표면 형상을 갖게되고 이에따라 주어진 패턴 노광 정확도의 달성을 방해하는 기판의 갯수를 최소화하는 것이 달성됨을 알게 되었다. 더욱이 이러한 소망하는 결과를 달성하기 위해, 본 발명자들은 형상의 변화 이전에 기판 상면의 형상이 패터닝-영역 최소자승 평면으로부터 패터닝 영역까지의 높이에 대한 최대값과 최소값간의 차이가 0.5㎛이하이면 포토마스크가 편평 형상이어야 할, 노광툴에 장착될 때 기판의 상면상의 패터닝된 영역에 부여될 상면 형상에 유익하다는 것을 알게되었다.
따라서, 본 발명은 포토마스크 블랭크용 기판의 선정방법을 제공하는 것이고, 이 방법은, 마스킹 막 또는 위상 시프트 막을 포함하는 하나이상의 막의 층이 포토마스크 블랭크를 형성하기 위해 포토마스크 블랭크용 기판의 상면에 성막되고, 성막된 막은 포토마스크를 형성하도록 패터닝되고, 포토마스크는 노광 툴에 장착되는 공정에서, 상기 방법은, 상기 성막 이전으로부터 상기 포토마스크가 노광 툴에 장착되었을 때까지의 상기 기판의 상면의 형상의 변화를 시뮬레이팅하는 단계, 포토마스크가 노광 툴에 장착되었을 때 기판 상면에 편평 형상을 부여하는 변화 이전에 기판 상면의 형상을 결정하는 단계, 및 수용가능한 기판으로서, 성막 이전에 상기 상면 형상을 갖는 기판을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 포토마스크가 노광툴에 장착될 때 기판 상면의 패터닝 영역에 부여되는 상면 형상은, 형상의 변화 이전에 기판 상면의 형상이 패터닝-영역 최소자승 평면으로부터 패터닝 영역까지의 높이에 대한 최대값과 최소값간의 차이가 0.5㎛이하이면 편평 형상이다.
본 발명의 방법은 기판상에 남겨진 막 패턴과 포토마스크 사용시의 장착에 의한 기판 상면 형상에 대한 효과를 고려하는 최적화된 표면 형상을 갖는 포토마스크 블랭크용 기판을 제작하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 방법은 기판 제조 동안 포토마스크가 결함 패터닝된 표면 형상을 갖고 그리고 요구되는 패턴 노광 정확도가 달성되는 것을 방해하는 기판의 갯수를 최소화할 수 있고, 이에따라 포토마스크의 제조에 있어서 생산성을 증대시킬 수 있다.
발명의 상세한 설명
본 발명에 따른 포토마스크 블랭크용 기판 선정 방법은, 적어도 마스킹 막 또는 위상 시프트 막을 포함하는 하나이상의 막의 층이 포토마스크 블랭크를 형성하기 위해 포토마스크 블랭크용 기판의 상면에 성막되고, 성막된 층은 포토마스크를 형성하도록 패터닝되고, 포토마스크는 노광 툴에 장착되는 공정에서, 상기 방법은, 상기 성막 이전으로부터 상기 포토마스크가 노광 툴에 장착되었을 때까지의 상기 기판의 상면의 형상의 변화를 시뮬레이팅하는 단계, 포토마스크가 노광 툴에 장착되었을 때 기판 상면에 편평 형상을 부여하는 변화 이전에 기판 상면의 형상을 결정하는 단계, 및 수용가능한 기판으로서, 막을 성막하기 이전에 상기 상면 형상을 갖는 기판을 선택하는 단계를 포함한다.
마스킹 막과 같은 막이 기판상에 형성되는 경우, 막에 의한 응력은 기판을 변형시킨다. 이러한 막 응력에 의한 기판 변형은 주로 기판의 휨에 영향을 미치고, 그것은 주로 기판의 상면의 형상을 변경시킨다. 그러므로, 기판 상면의 형상을 결정할 때, 마스킹 막의 성막 이전의 기판 스테이지에서 웨이퍼 노광 시스템의 척에 의해 유지될 때 포토마스크의 형상, 형성되어야 할 막의 응력을 예측함으로써, 마스크 제조는 양호한 수율로 행해질 수 있다.
막 응력은, 제조 방법과 마찬가지로, 막 유형 및 조성에 좌우되어 변동된다. 예를들어, 크롬계 막은 인장 응력을 야기하고, 반면에 MoSi계 막은 압축 응력을 야기시킨다. 막 응력에 따른 기판 상면의 변형은, 그 상면 형상 및 높이가 이미 측정된 기판상의 주어진 막을 성막시키고, 그후 성막을 뒤따르는 기판 상면의 형상 및 높이를 측정하고 분석함으로써 결정될 수 있다. 그러므로, 기판의 상면상의 다양한 위치에서의 성막 전후에 변형양에 대한 측정, 변형의 정도와 응력의 예비측정 및, 이 측정에 기초하여, 어떠한 막도 형성되지 않은 기판의 형상으로부터의 시뮬레이션을 통해, 성막을 뒤따르는 기판의 형상을 예측하고, 이 예측된 형상을 기초로 하여, 포토마스크가 노광 툴에 클램핑 되는 경우에 갖게 될 형상을 결정하는 것이 가능하다. 마스크 패턴이 포토마스크로서 형성되어 있는 경우 기판 상면상의 막(패터닝된 구역) 커버리지를 고려하여 더욱 정확한 시뮬레이션이 가능하다. 그러므로, 적어도 마스킹 층 또는 위상 시프트 층을 포함하는, 하나 이상의 층이 포토마스크 블랭크를 형성하기 위해 포토마스크 블랭크 기판의 상면에 성막되는 공정에서, 성막된 층은 포토마스크를 형성하도록 패터닝되고, 포토마스크는 노광 툴에 장착되고, 포토마스크가 노광 툴에 장착된 경우 그 위에 막이 성막되기 이전에 기판의 상면의 형상에서의 변화를 시뮬레이팅함으로써, 포토마스크가 노광 툴에 장착된 경우 상면에 편평 형상을 부여하게 되는 변화 이전에 기판 상면의 형상을 결정함으로써, 그리고, 수용가능한 기판으로서, 성막이전에 상기 상면 형상을 갖는 기판을 선택함으로써, 기판 상면의 형상 및 높이는 기판에 성막되어야 할 막의 유형과 같은 고려사항에 따라 변동하고 막에 기인하여 기판 상면의 형상에서 변화하고, 이는 포토마스크의 사용시에 양호한 평탄도를 부여할 수 있는 고 수율의 기판으로 제조될 수 있게 한다.
본 발명의 실시에서, 바람직하게, 포토마스크가 노광툴에 장착될 때 기판 상면의 형상의 변화 이전에 기판 상면의 형상이 패터닝-영역 최소자승 평면으로부터 패터닝 영역까지의 높이에 대한 최대값과 최소값간에 0.5㎛이하인 차이를 가지면 기판 상면상의 패터닝 영역에 부여되는 상면 형상이 편평 형상인 것이 특히 바람직하다.
어떠한 특정 제한도 시뮬레이션의 결과로서 선정된 수용가능한 기판에 부과되지 않는다. 그러나, 상기와 같이 선정될 수 있는 포토마스크 블랭크를 위한 수용가능한 기판의 예로는, 길이방향의 양단에서 2mm 에지부를 제외하고 마스크 패턴이 형성되어야 할 기판의 상면의 외주연을 따라 한 쌍의 대향하는 변의 각각의 내부에 2 내지 10 mm 뻗는 한 쌍의 띠 형상 영역이 구비되고, 한 쌍의 띠 형상 영역 각각은 기판의 외주연을 향해 그 폭 방향에서 적어도 중간 위치로부터 하향 경사지고, 한 쌍의 띠 형상 영역을 위한 최소자승평면으로부터 띠 형상 영역까지의 높이에 대한 최대값과 최소값간의 차이는 0.5㎛이하이다.
본원에 사용된 용어 "띠형상 영역"은 기판이 포토마스크 블랭크 또는 포토마스크로 렌더링되는 경우 형성되는 막 패턴, 또는 차광특성을 갖는 막으로서 적합한 막이 있는 기판 상면(1)을 도시하는 도 1a의 설명과 함께 하기에 설명된다. 도면에서, 한 쌍의 띠형상 영역(2)은 그 길이방향에서 양단부에 2mm 에지영역을 제외하고 기판 상면(1)의 외주연을 따라 한 쌍의 대향 변의 각각의 내측에 2 mm 내지 10 mm 뻗는다. 이들 띠형상 영역은 상기한 형상 및 값에 의해 특징지워진 형상 및 높이를 갖는다. 막 패턴(마스크 패턴)은 띠형상 영역(2)사이에 위치된 패터닝 영역(4)에 형성되고 상면의 외주연부를 형성하는 각각의 변의 내측 10mm에서 시작한다. 포토마스크가 기판을 사용하여 제조되고 포토마스크가 진공척으로 웨이퍼 노광 시스템의 마스크 스테이지상에서 한 쌍의 대향변 가까이에 유지되는 경우, 진공척 물림되는 위치는 이들 띠형상 영역내에 위치된다. 그러므로, 이들 띠형상 영역의 형상은 웨이퍼 노광 동안 기판의 전체 상면의 형상, 즉, 마스크 패턴이 형성되는 기판의 전체 상면의 형상을 좌우한다. 즉, 위치 및 선폭에 대한 패턴의 정확한 노광은 특히 패터닝 영역에서 기판 상면이 패턴 노광 시간에, 마스크 패턴을 경사지게하지 않고 노광에 평행하게 배치될 수 있는 형상을 가질 것을 필요로 한다. 따라서, 본 선정방법을 이용하여, 기판의 전체 상면의 형상을 특히 패터닝 영역의 형상을 지배하는 띠형상 영역의 형상 및 높이를 최적화하는 것이 가능하다.
본 실시예에서, 띠형상 영역은 그 길이방향의 양단에서 2mm의 에지부를 제외하고 마스크 패턴이 형성된 기판의 상면의 외주연을 따라 한 쌍의 대향 변의 각각의 내측에 2 mm 내지 10 mm 뻗는다. 띠형상 영역이 상기한 특정 형상 및 값을 충족시킨다면, 마찬가지로 진공 척 물림되는 위치(기판 유지 위치)에서 상기한 형상 및 값 범위를 충족시키고, 평탄도가 포토마스크 사용시에 달성되어질 수 있게 한다. 대안으로, 상기한 형상 및 값은 적어도 진공 척 물림되는 위치 또는 기판 유지 위치에 충족되는 것도 허용될 수 있다.
각각의 띠형상 영역은 전체적으로 기판의 외주를 향해 하향경사진 형상을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 띠형상 영역사이에 위치된 패터닝 영역은 임의의 특정 제한에 종속되지 않고, 편평형, 볼록형 또는 오목형등과 같은 다양한 형상을 가질 수 있다.
기판의 상면상의 띠형상 영역을 위한 최소자승평면으로부터 띠형상 영역까지의 높이에 대한 최대값과 최소값간의 차이는 0.5㎛ 이하이고 바람직하게는 0.3㎛ 이하 이다.
도 2a 및 2b에 예시된 바와 같이, 최소자승평면은 오목 및 볼록 영역을 갖는 면 또는 오목면 또는 볼록면과 같은 비수평면(22)을 산술적으로 평면근사시키는 최소자승법을 사용하여 획득된 가상평면을 말한다. 본 명세서에서 각각의 영역의 높이는 기판의 상면상의 각각 영역을 위한 최소자승평면에 대해 주어진다. 그러나 편리를 위해, 상기한 전체 주표면 영역을 위한 최소자승평면은 각각의 개별 영역을 위한 기준면으로서 사용될 수 있다. 이 최소자승평면(21)으로부터 비수평면(22)까지의 높이는 최소자승평면(21)에 대해 수직으로 취했을 때의 높이이다. 도 2에서, h1는 높이의 최대값을 나타내고 최소자승평면(21) 상측에 위치한 정수이고, h2는 높이의 최소값을 나타내고 최소자승평면(21) 하측에 위치한 음수이다. 최대값(h1)과 최소값(h2)간의 차이는 h1 및 h2에 대한 각각의 절대값의 합과 동일한 값이다.
패터닝 영역 최소자승평면으로부터 패터닝 영역까지의 높이에 대한 최소값과 최대값간의 차이는 바람직하게는 0.5㎛ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.3㎛ 이하이고, 가장 바람직하게는 0.2㎛ 이하이지만, 어떠한 특정한 제한도 패터닝 영역에 부과되지 않는다.
선정되는 수용가능한 따른 포토마스크 블랭크용 기판의 한 예에서, 마스크 패턴이 형성되는 기판 상면의 외주연을 형성하는 각각의 변 내측에 2 내지 10mm 뻗는 사각 링 형상 영역이 구비되고, 사각 링 형상 영역은 외주연을 향해 그 폭 방향에서의 적어도 중간위치로부터 하향경사지고, 기판 상면의 사각 링 형상 영역을 위한 최소자승평면으로부터 사각 링 형상 영역자체까지의 높이에 대한 최대값과 최소값간의 차이는 0.5㎛ 이하이다.
본원에 사용된 용어 "사각 링 형상 영역"은 기판이 포토마스크 블랭크 또는 포토마스크로 렌더링되는 경우 형성되는 막 패턴, 또는 차광특성을 갖는 막으로서 적합한 막이 있는 기판 상면(1)을 도시하는 도 1b의 설명과 함께 하기에 설명된다. 도면에서, 사각 링 형상 영역(3)은 기판 상면을 형성하는 각각의 변의 내측에 2 mm 내지 10 mm 뻗는다. 사각 링 형상 영역은 상기한 형상 및 값에 의해 특징지워진 형상 및 높이를 갖는다. 막 패턴(마스크 패턴)은 사각 링형상 영역(3)의 내주부내에 위치된 패터닝 영역(4)에 형성되고 상면의 외주연부를 형성하는 각각의 변의 내측10mm에서 시작한다. 이 기판이 포토마스크를 사용하여 제조되고 최종 포토마스크가 진공척으로 웨이퍼 노광 시스템의 마스크 스테이지상에 유지되거나, 그 전체 직경을 따라 기판의 외주연부 가까이에 유지되거나, 기판의 수평측변과 수직측변이 상호변경가능한 상태로 한 쌍의 대향변에만 가까이에 유지되는 경우, 진공척 물림되는 위치는 이 사각 링 형상 영역내에 포함된다. 그러므로, 사각 링 형상 영역의 형상은 웨이퍼 노광 동안 기판의 전체 상면의 형상, 즉, 마스크 패턴이 형성되는 기판의 전체 상면의 형상을 좌우한다. 즉, 위치 및 선폭에 대한 패턴의 정확한 노광은 특히 패터닝 영역에서 기판 상면이 패턴 노광 시간에, 마스크 패턴을 경사지게하지 않고 노광에 평행하게 배치될 수 있는 형상을 가질 것을 필요로 한다. 따라서, 본 발명의 선정방법을 이용하여, 기판의 전체 상면의 형상을 특히 패터닝 영역의 형상을 지배하는 사각 링 형상 영역의 형상 및 높이를 최적화하는 것이 가능하다.
이 경우의 사각 링 형상 영역은 기판의 상면의 외주연부를 형성하는 각각의 변의 내측에 2 mm 내지 10 mm 뻗는다. 사각 링 형상 영역이 상기한 특정 형상 및 값을 충족시킨다면, 마찬가지로 진공 척 물림되는 위치에서 상기한 형상 및 값 범위를 충족시키고, 평탄도가 포토마스크 사용시에 달성되어질 수 있게 한다. 대안으로, 상기한 형상 및 값은 적어도 진공 척 물림되는 위치 또는 기판 유지 위치에 충족되는 것도 허용될 수 있다.
이 사각형상 영역은 전체적으로 기판의 외주를 향해 하향경사진 형상을 갖는것이 바람직하다. 그러나, 사각형상 내부에 위치된 패터닝 영역은 임의의 특정 제한에 종속되지 않고, 편평형, 볼록형 또는 오목형등과 같은 다양한 형상을 가질 수 있다.
사각 링 형상 영역을 위한 최소자승평면으로부터 사각 링 형상 영역까지의 높이에 대한 최소값과 최대값간의 차이는 바람직하게는 0.5㎛ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.3㎛ 이하이다.
패터닝 영역은, 패터닝 영역 최소자승평면으로부터 패터닝 영역까지의 높이에 대한 최소값과 최대값간의 차이는 바람직하게는 0.5㎛ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.3㎛ 이하이며, 가장 바람직하게는 0.2㎛ 이하일지라도, 임의의 특정한 제한사항에 종속되지 않는다.
본 방법에 의해 선정된 포토마스크 블랭크 기판에서, 사각 링 형상 영역과 사각 링 형상 영역의 내주연 내측에 위치된 패터닝 영역으로 된 주표면 영역을 위 한 최소자승평면으로부터 주표면 영역 자체까지의 높이에 대한 최대값과 최소값간의 차이는 0.5㎛ 이하 특히 0.3㎛이하가 바람직하다.
기판 상면상의 띠 형상 영역, 사각링 형상 영역 및 패터닝 영역의 형상, 및 최소자승평면에 관한 그들의 높이는 평탄도 테스터와 같은 장치를 이용하여 측정되고 분석될 수 있다.
띠 형상 영역 또는 사각링 형상 영역에 대한 완전한 형상 및 높이 측정은 소망 형상을 획득하기 위해 요구된다. 지금껏, 마스크를 제조하는 경우, 기판 휨에 관한 측정은 패턴이 형성되는 곳의 구역에서 행해져왔다. 그러나, 적절한 측정은 척물림 구역을 포함하는 사각링 형상 영역 또는 띠 형상 영역상에서 행해지지않았기 때문에, 척물림 후 기판의 형상에서의 변화를 예측하는 것이 불가능하다. 그러므로, 척물림 후 기판의 형상에서의 변화를 예측하기 위해 기판의 상면상에서의 사각링 형상 영역 또는 띠 형상 영역을 측정하는 경우, 다음과 같은 조건하에서 이들 측정이 행해지는 것이 유리하다.
(1) 기판 형상이 측정되는 구역: 상기 사각링 형상 영역 또는 띠 형상 영역은 위치정보로 함께 측정된다. 부적합한 위치정보는 형상을 정확히 예측하지 못하게 할 수 있다.
(2) 측정 간격: 0.05 내지 0.35mm. 지나치게 넓은 측정 간격은 형상에 대한 충분히 양호한 예측을 달성하지 못하게 한다. 반면에, 지나치게 좁은 측정 간격은 측정을 지나치게 단조롭게 나타낼 수 있다.
(3) 측정 정확도(오차): 0.01 내지 0.1㎛. 지나치게 큰 측정 오차는 형상에 대한 충분히 양호한 예측을 달성하지 못하게 한다. 반면에, 지나치게 작은 측정 오차는 측정을 지나치게 단조롭게 하여 조악한 효율이 되어지게한다.
측정은 광간섭의 사용을 포함한다. 표면의 형상 및 높이는 표면에 대한 기준평면을 기초로하여 측정되기 때문에, 기준평면은 충분한 정확도를 가져야 한다(예를들어, 0.02㎛ 이하, 바람직하게는 0.01㎛ 이하의 오차).
본 방법에 의해 선정된 포토마스크 블랭크용 기판은 합성석영과 같은 적절한 재질로 될 수 있다. 통상적으로는 한 변의 길이가 적어도 6인치(적어도 152mm) 바람직하게는 6인치(152mm)인 길이를 갖는 사각형 바람직하게는 정방형 기판이다. 기판은 임의의 특정 제한사항에 좌우되지 않지만, 웨이퍼 노광 동안 기판의 중량과 그 취급가능성등과의 연관성을 이유로 12 인치 이하의 최대 크기를 갖는 것이 바람직하다. 기판은 임의의 특정 제한사항에 좌우되지 않지만, 바람직하게는 3 내지 10mm의 두께를 갖는다.
기판의 방향을 확인하기 위한 마크는 때때로 기판상에 형성된다. 이 유형의 마스크는 기판의 후면(바닥면)에 재치된다. 그러나, 그러한 마크가 상면에 배치되는 경우, 마크의 구역은 본 발명에 따라 기판 형상 고려사항에서 배제되어야 한다.
포토마스크 블랭크를 산출하기 위해 상기 형상의 사각링 형상 영역 또는 띠 형상 영역을 갖춘 포토마스크 블랭크용 기판의 사용에 의해, 그리고 포토마스크를 제작하기 위해 최종 포토마스크 블랭크의 사용에 의해, 웨이퍼 노광 시스템에서 척물림되어 있을 때 패터닝 영역 변형을 거의 겪지 않는 양호한 수율의 마스크를 제 조할 수 있다.
상기한 바와 같은 포토마스크 마스크 기판은 예로서 하기의 방법으로 제작된다.
처음에, 기판 원판을 특정한 중간 형상을 부여하기 위해 초기 연마 단계에 두고 그후 최종 연마 단계가 행해지게 한다. 기판이 소정 중간 형상을 갖는 스테이지를 통과하지 않는다면, 양호한 수율로 소망 최종 형상의 기판을 획득하는 것이 곤란하다.
여기서, 채용된 연마기술의 조합에 좌우되어, 두 개의 상이한 중간품이 획득되고, 따라서 두 처리공정이 사용된다. 하기에 제조방법 1로 참조된 한 처리공정에서, 기판은 기판의 중심부로부터 재질을 고속으로 제거하는 조건하에서 연마되고, 그후 기판의 주연부로부터 재질을 고속으로 제거하는 조건하에서 연마된다. 하기에 제조방법 2로 참조된 다른 처리공정에서, 기판은 기판의 주연부로부터 재질을 고속으로 제거하는 조건하에서 연마되고, 그후 기판의 중심부로부터 재질을 고속으로 제거하는 조건하에서 연마된다.
본 기판 제조방법에서, 초기 연마는 양면 연마 처리동작이다. 이 연마 공정에서 사용된 연마 장치는 이미 존재하는 유형의 양변 연마 장치일 수 있다. 이러한 장치는 원료기판의 양면을 동시에 연마하기 위해 상부 정반 및 하부 정반을 사용한다. 종래기술에서, 연마는 기판의 형상 특히 상기 띠 형상 영역 또는 사각 링 형상 영역의 형상 및 높이를 제어하기 위해 수행되어 왔고, 따라서 연마 스테이지는 임의 특정 제어에 좌우되지 않는다. 결과적으로, 최종 기판의 상면상의 띠 형상 영역 또는 사각 형상 영역의 표면 형상에 실질적인 변형이 있어왔다.
이와 대조적으로, 본 발명에 따라 기판이 제조되는 경우, 연마는 제조방법 1의 경우 기판의 중심부로부터 고속으로 제거되는 조건하에서 수행되고 제조방법 2의 경우 기판의 주연부로부터 고속으로 제거되는 조건하에서 수행된다. 상세히는, 연마는 약 1 내지 200 rpm의 속도로 행해지는 것이 바람직하다. 최종 연마된 중간품에서, 연마된 중간품상의 패터닝 영역 또는 사각 링 형상 영역의 형상 및 높이는 상기한 바의 방법(즉, 장치 및 측정 조건)에 의해 측정되고 분석될 수 있다.
아래에 제조방법 1 및 2가 각각 설명된다.
[제조방법 1]
처음에, 기판 상면(연마면)이 하기의 중간 형상 1 및 2에 대한 조건을 충족하는 연마된 중간품이 초기 연마에 의해 준비된다. 연마된 중간품은 상이한 연마 조건하에서 최종 연마됨으로써, 특정 형상을 갖는 기판이 획득된다.
(중간 형상 1)
이것은 주 표면 영역 최소자승평면으로부터 주 표면 영역까지의 높이에 대한 최대값과 최소값간의 차이가 1.5㎛ 이하이고 바람직하게는 1.0㎛ 이하이며, 사각 링 형상 영역이 기판의 외주를 향해 상향경사진, 형상이다.
(중간 형상 2)
이것은 주 표면 영역 최소자승평면으로부터 주 표면 영역까지의 높이에 대한 최대값과 최소값간의 차이가 1.5㎛ 이하이고 바람직하게는 1.0㎛ 이하이며, 주 표면 영역 최소자승평면으로부터 주 표면 영역(그 차이는 때때로 "CIR"로서 생략된 다)의 4코너(정점)까지의 높이에 대한 최대값과 최소값간의 차이가 0.5㎛ 이하이고 바람직하게는 0.3㎛ 이하이며, 사각 링 형상 영역이 기판의 외주를 향해 상향경사진, 형상이다.
사각 링 형상 영역이 기판의 외주를 향해 상향경사진 기판 상면 형상의 예는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 기판 상면의 중심부에서의 패터닝 영역이 편평형이고 패터닝 영역(4)의 외주연부로부터 연속하는 사각 링 형상 영역이 상향 만곡을 위해 경사진, 형상을 포함하고; 도 3b에 도시된 바와 같이, 패터닝 영역(4)으로부터 사각 링 형상 영역(3)으로 뻗는 오목면을 갖는 형상(즉, 주 표면 영역이 오목면을 형성하는 형상 )이다. 도 3에서, 부재번호 5는 주 표면 영역을 가리킨다.
이러한 중간 형상을 갖는 연마된 중간품은 그후 추가 연마되고, 이 동작은 도 4에 도시된 바와 같은 편면 연마 장치를 이용하여 행해질 수 있다. 도 4는 기판(11), 상부판(12) 및 상부 링(13)을 도시한다. 제조방법 1에서, 본 발명의 특정 형상은, 연마면과 대향한 기판의 면상에 작용하는 감소된 압력으로, 마스크 패턴이 형성되어야 할 중간품의 면을 연마하고 편면 연마 장치에 연마된 중간품을 유지시킴에 의해 더욱 효과적으로 형성될 수 있다. 더욱이, 연마 장치에서, 오목판에 대한 연마가 기판이 획득되어야 할 더욱 양호한 형상이 될 수 있게 할 지라도, 편평판이 바닥판으로서 사용될 수 있다. 기판의 상면상의 사각 링 형상 영역의 외주연부는 외측면상에 면취된다.
[제조방법 2]
처음에, 기판 상면(연마면)이 하기의 중간 형상 3 및 4에 대한 조건을 충족 하는 연마된 중간품이 초기 연마에 의해 준비된다. 연마된 중간품은 상이한 연마 조건하에서 최종 연마된다. 이렇게하여 특정 형상을 갖는 기판이 획득된다.
(중간 형상 3)
이것은 주 표면 영역 최소자승평면으로부터 주 표면 영역까지의 높이에 대한 최대값과 최소값간의 차이가 1.5㎛ 이하이고 바람직하게는 1.0㎛ 이하이며, 사각 링 형상 영역이 기판의 외주를 향해 하향경사진, 형상이다.
(중간 형상 4)
이것은 주 표면 영역 최소자승평면으로부터 주 표면 영역까지의 높이에 대한 최대값과 최소값간의 차이가 1.5㎛ 이하이고 바람직하게는 1.0㎛ 이하이며, 주 표면 영역 최소자승평면으로부터 주 표면 영역(CIR)의 4코너(정점)까지의 높이에 대한 최대값과 최소값간의 차이가 0.5㎛ 이하이고 바람직하게는 0.3㎛ 이하이며, 사각 링 형상 영역이 기판의 외주를 향해 상향경사진, 형상이다.
사각 링 형상 영역이 기판의 외주를 향해 상향경사진 기판 상면 형상의 예는, 도 3c에 도시된 바와 같이, 기판 상면의 중심부에서의 패터닝 영역이 편평형이고 패터닝 영역의 외주연으로부터 연속하는 사각 링 형상 영역이 상향 만곡을 위해 경사진, 형상을 포함하고; 도 3d에 도시된 바와 같이, 패터닝 영역으로부터 사각 링 형상 영역으로 뻗는 오목면을 갖는 형상(즉, 주 표면 영역이 오목면을 형성하는 형상 )이다.
제조방법 2에서, 본 발명의 특정 형상은, 연마면과 대향한 기판의 면상에 작용하는 감소된 압력으로, 마스크 패턴이 형성되어야 할 중간품의 면을 연마하고 편 면 연마 장치에 연마된 중간품을 유지시킴에 의해 더욱 효과적으로 형성될 수 있다. 더욱이, 연마 장치에서, 오목 정반에 대한 연마가 기판이 획득되어야 할 더욱 양호한 형상이 될 수 있게 할 지라도, 편평판이 바닥판으로서 사용될 수 있다. 기판의 상면상의 사각 링 형상 영역의 외주연은 통상 외측부상에 면취된다.
상기한 바와 같은 동작을 통한 두 스테이지에서의 연마에 의해, 기판의 상면상의 주어진 위치에서 특정 형상 을 갖는 기판은 양호한 수율로 제조될 수 있다.
연마된 중간품의 패터닝 영역에서, 패터닝 영역 최소자승평면으로부터 패터닝 영역까지의 높이에 대한 최대값과 최소값간의 차이는 0.5㎛ 이하이고 바람직하게는 0.3㎛ 이하이고 더욱 바람직하게는 0.2㎛ 이하이다. 더욱이, 패터닝 영역은 편평 형상, 오목 형상 , 또는 볼록 형상을 포함하는 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다.
마스킹 막 또는 위상 시프트 막과 같은 차광특성을 갖는 막은 포토마스크의 의도된 사용에 따라 적절하게 선택되고, 포토마스크 블랭크를 부여하기 위해 최종 기판상에 형성된다. 하프톤 위상 시프트 막과 같은 위상 시프트 막 및 마스킹 막은 일반적으로 스퍼터링 공정에 의해 형성된다. 본 발명에서, "차광특성을 갖는 막"은 하프톤 위상 시프트 막과 같은, 노광의 통로를 실질적으로 차단하는 막을 포함한다.
이진 마스크를 위한 포토마스크 불랭크의 제조에서, 적절한 재료로 된 층은 본 발명의 기판상의 마스킹 막으로서 성막된다. 이 목적을 위해 적절한 재료의 예는 금속 크롬; 산화 크롬, 질화 크롬, 산화 질화 크롬 및 산화 질화 탄화 크롬등의 크롬 화합물; 및 몰리브덴 실리사이그, 티타늄 실리사이드 및 지르코늄 실리사이드와 같은 금속 실리사이드 화합물 및, 그 산화물, 질화물, 산화질화물 및 산화질화탄화물을 포함한다. 이 마스킹 막은, 반반사 성능을 부여하기 위해, 조성경사가 구비된 컴포넌트가 있는 재료를 사용하여 또는, 상이한 굴절율을 갖는 두 개 이상의 층을 이용하여 형성된다. 이들 막에서의 응력은 낮은 것이 바람직하다.
하프톤 위상 시프트 막을 위한 위상 시프트 마스크 블랭크의 제조에서, 의도된 방법으로 산출된 기판은, 광이 포토마스크를 실질적으로 감광하지 않는 정도로 노광광을 감쇠시키는 하프톤 위상 시프트 막이 형성되어 있고, 또한 기판은 광을 180°위상 시프트시키는 능력을 갖는다. 사용될 수 있는 그러한 재료의 예는 금속 크롬; 산화 크롬, 질화 크롬, 산화 질화 크롬 및 산화 질화 탄화 크롬등의 크롬 화합물; 및 몰리브덴 실리사이그, 티타늄 실리사이드 및 지르코늄 실리사이드와 같은 금속 실리사이드 화합물 및, 그 산화물, 질화물, 산화질화물 및 산화질화탄화물; 및 질화 실리콘 및 산화 실리콘을 포함한다.
하프톤 위상 시프트 막은 단일층 또는 다층 막일 수 있다. 그러나, 화학적 세척과 같은 포스트-패터닝 동작에 내성 및 가공 용이성을 제공하기 위해, 표면측과 기판측상의 조성 및 재료가 상이한 다층 막을 사용하거나, 일정한 조성비 경사를 갖는 막을 사용하는 것이 바람직하다. 마스킹 막의 경우에서와 같이, 막 응력을 최소화하기 위해 선택되어야 할 하프톤 위상 시프트 막을 형성하는 재료의 조합이 바람직하다.
또한, 상기한 마스킹 막은 하프톤 위상 시프트 막의 상부에 형성된다. 노광 이 포토레지스트-코팅된 웨이퍼상의 상이한 위치에서 행해지면, 감광을 방지하기 위해 투과율이 낮아져 있는 하프톤 위상 시프트 막의 주연부가 오버래핑 노광될 수 있다. 결과적으로, 오버랩 영역은 복수 회 노광되고 감광되어 질 수 있고, 일어나지 않아야 할 것이 방지될 필요가 있다. 이를 위해, 마스크 패턴이 기입되지 않은 곳에 하프톤 위상 시프트 막의 주연부상에 마스킹 막을 성막시키는 것이 바람직하다. 따라서 동작의 전체 순서 관점에서, 마스킹 막이 하프톤 위상 시프트 마스크 블랭크 제조의 스테이지에서 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 이 유형의 마스크를 획득하기 위해, 마스킹 막은 하프톤 위상 시프트 마스크 블랭크의 제조 동안 하프톤 위상 시프트 막과 함께 성막된다. 더욱이, 위상 시프트 마스크는 레벤손 유형 위상 시프트 마스크의 경우에 행해 진 바와 같이, 고투과성 위상 시프트 막을 기판상에 성막시킴으로써 형성될 수 있다. 필요하다면, 전기적 도전 막 및 에칭 스토퍼 막은 상기 막중 임의의 것에 대해 성막될 수 있다.
본 방법에 의해 선정된 기판상에 성막된 막은, 임의의 특정 제한사항에 종속되진 않지만, 기판에 의해 막 휨의 양으로서 표현되는 경우, 막 응력은 바람직하게는 0.5㎛이하이고 더욱 바람직하게는 0.3㎛이하이고 더더욱 바람직하게는 0.2㎛이하이고, 가장 바람직하게는 0.1㎛이하이다. 큰 막 응력에서, 기판 변형은, 소망하는 평탄도가 달성되지 못하게하는, 포토마스크 위의 막에 의한 커버리지 범위(패터닝 영역)에 좌우되어 더욱 열화될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 방법에 의해 선정된 기판을 사용하여 제조된 포토마스크가 웨이퍼 노광 시스템에서 척물림되었을 때, 기판은 뛰어난 평탄도를 제공한다. 그러므로 마스크 패턴을 소정 위치에 정확하게 정렬시키는 것이 가능하고, 소형 최소 특징 사이즈의 노광 패턴이 고 위치 및 선폭 정확도로 웨이퍼에 기입되어 질 수 있게 한다. 이러한 기판은 포토리소그래피에서 소형 패턴 기하학적 특성에 대한 필요조건을 충족하고, 특히 0.12 ㎛ 이하의 선폭 특히 0.10 ㎛ 이하의 선폭을 갖는 초미세 패턴의 노광에 사용되는 포토마스크의 제조를 위한 포토마스크 블랭크용 기판으로서 바람직하다.
실시예
하기의 실시예는 단지 예시적인 것이고 제한적인 것이 아니다.
실시예 1
도 5a에 도시된 바와 같은 평탄도의 주표면 영역을 갖고 수평 상면 최소자승평면으로부터 수평 상면까지의 높이에 대한 최대값과 최소값간에 0.25㎛의 차이를 갖는 오목 형상을 부여하는 마스크 패턴이 수평 상면상에 형성되어 있는 수평 상면을 갖는 152nm(6인치) 정방형 기판원판상에 대한 시뮬레이션이 행해졌다. 기판 평탄도는 최종 포토마스크가 웨이퍼 노광 시스템의 마스크 스테이상에 진공 척물림된 경우 시뮬레이팅되었고, 도 5b에 도시된 기판 상면 형상을 나타내었다. 이 상면 형상은 상면 최소자승평면으로부터 상면까지의 높이에 대한 최대값과 최소값간의 차이가 0.5㎛ 이하이었고, 따라서 이 상면을 갖춘 기판이 제조 동안 양호한 평탄도를 포토마스크에 부여하기 위해 수용가능한 기판으로서 선정되었다.
실질적으로 상기한 바와 같은 선정된 형상에 맞도록 된 상면을 갖는 기판이 제조되었고, 시뮬레이션에서 나타난 바와 같은 마스크 패턴이 기판에 형성되었다. 최종 포토마스크는 웨이퍼 노광 시스템의 마스크 스테이지에 진공 척물림되었고, 그후 노광 툴에서 노광 시험되었고, 양호한 수율을 나타내었다.
비교예 1
도 6a에 도시된 바와 같은 평탄도의 주표면 영역을 갖고 수평 상면 최소자승평면으로부터 수평 상면까지의 높이에 대한 최대값과 최소값간에 0.25㎛의 차이를 갖는 오목 형상을 부여하는 마스크 패턴이 수평 상면상에 형성되어 있는 수평 상면을 갖는 152nm(6인치) 정방형 기판원판상에 대한 시뮬레이션이 행해졌다. 기판 평탄도는 최종 포토마스크가 웨이퍼 노광 시스템의 마스크 스테이상에 진공 척물림된 경우 시뮬레이팅되었고, 도 6b에 도시된 기판 상면 형상을 나타내었다. 이 상면 형상은 상면 최소자승평면으로부터 상면까지의 높이에 대한 최대값과 최소값간의 차이가 0.5㎛ 이상이었고, 따라서 이 상면을 갖춘 기판 포토마스크로의 제조 동안 양호한 평탄도를 달성하는 것이 불가능한 기판으로서 선정되었다.
실질적으로 상기한 바와 같은 선정된 형상에 맞도록 조정된 상면을 갖는 기판이 제조되었고, 시뮬레이션에서 나타난 바와 같은 마스크 패턴이 기판에 형성되었다. 최종 포토마스크는 웨이퍼 노광 시스템의 마스크 스테이지에 진공 척물림되었고, 그후 노광 툴에서 노광시험되었다. 이 경우, 포토마스크는 사용에 부적합한, 큰 초점 시프트를 가졌다.
상기와 같은 구성에 의해, 웨이퍼 기판상에 고정확도로 감소된 최소 특징 사이즈를 갖는 패턴을 노광시키는 데에 사용될 수 있는 포토마스크를 제공할 수 있는 포토마스크 블랭크용 기판을 선정할 수 있다.

Claims (2)

  1. 마스킹 막 또는 위상 시프트 막을 포함하는 하나 이상의 막의 층이 포토마스크 블랭크용 기판의 상면에 성막되어 포토마스크 블랭크를 형성하고, 상기 성막된 막이 패터닝되어 포토마스크가 형성되고, 상기 포토마스크가 노광 툴에 장착되는 공정에서의 사용을 위한 포토마스크 블랭크용 기판의 선정방법에 있어서, 상기 방법은,
    상기 성막 이전으로부터 상기 포토마스크가 노광 툴에 장착되었을 때까지의 상기 기판의 상면의 형상의 변화를 시뮬레이팅하는 단계,
    포토마스크가 노광 툴에 장착되었을 때 기판 상면에 편평 형상을 부여하는 상기 변화 이전에 기판 상면의 형상을 결정하는 단계, 및
    수용가능한 기판으로서, 상기 성막 이전에 상기 상면 형상을 갖는 기판을 선정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 포토마스크가 노광툴에 장착되었을 때 기판 상면의 패터닝 영역에 부여되는 상면 형상은, 그 형상의 변화 이전에 기판 상면의 형상이 패터닝-영역 최소자승 평면으로부터 패터닝 영역까지의 높이에 대한 최대값과 최소값간에0.5㎛ 이하인 차이를 가지면 편평 형상인 것을 특징으로 하는 방법.
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